本實用新型涉及一種雙向傳輸?shù)牡退傩盘柗葯z測電路。

背景技術(shù)：

在視頻傳輸應(yīng)用里，視頻采集信號與信號處理芯片采用串行傳輸，需要采集和信號處理之間不光傳輸RGB和VSNYC、HSYNC信號，同時需要相互之間傳輸?shù)退俚目刂菩盘?。如果再額外增加一條傳輸線，會增加產(chǎn)品的重量。為了節(jié)省線纜，在高速接收器端增加低速信號發(fā)生器，在高速發(fā)送端增加低速信號接收器，高速和低速信號疊加在同一個線纜上完成雙向通信功能。雙向通信中需要這兩種信號都要存在，在線纜沒有連接上的時候，會讓兩者通信不成立?；趯€纜連接的重要性，增加檢測低速信號的幅度，來判斷連接是否成立，而通常的檢測電路只能檢測沒有疊加的單向信號，所以必須采用能對雙向信號檢測電路，如圖1所示。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種雙向傳輸?shù)牡退傩盘柗葯z測電路，能對雙向信號的低速信號完成幅度檢測。

本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種雙向傳輸?shù)牡退傩盘柗葯z測電路，它包括：

電位平移電路：用于接收輸入的差分信號，并將差分信號的DC工作點轉(zhuǎn)換到第一低通比較器的DC工作點，保持差分信號的小幅度衰減；

第一低通比較器：輸入端與電位平移電路連接，用于衰減雙向傳輸?shù)牟罘中盘柹系母咚俜至浚⒈Ａ舻退傩盘柕姆至浚?/p>

第二低通比較器：與第一低通比較器結(jié)構(gòu)相同，輸入端接收外部參考信號，用于保持與輸入的差分信號一致的路徑；

幅度平方比較器：固定差值信號輸入端與第二低通比較器連接，幅度檢測信號輸入端與第一低通比較器連接，用于完成輸入信號的幅度平方與固定差值的平方比較：如果輸入信號的幅度平方比固定差值的平方大則輸出為高電平，如果輸入信號的幅度平方比固定差值的平方小則輸出為低電平；

差分轉(zhuǎn)單端比較器：輸入端與幅度平方比較器連接，用于將幅度平方比較器完成比較后輸出的低擺幅差分電壓轉(zhuǎn)換成單端滿擺幅信號，以供外部電路使用。

所述的電位平移電路包括NMOS管MN1，MN1的柵極分別與信號輸入Vin以及電容C1連接，MN1的漏極接VDD，MN1的源極接電阻R1，電阻R1的另一端分別與電容C1的另一端、輸出端Vout以及電流源I_SS1連接；MN1的襯底接地。

所述的第一低通比較器和第二低通比較器均包括NMOS管MN2、MN3和PMOS管MP2和MP3；MP2和MP3的源極接VDD，MP2和MP3的柵極對接，MP2的漏極分別與電阻R2、負載電容CL1和MN2的漏極連接，MP3的漏極分別與電阻R3、負載電容CL2和MN3的漏極連接，電阻R2的另一端與電阻R3的另一端連接，電阻R2的另一端和電阻R3的另一端均與MP2和MP3的柵極公共連接點連接，負載電容CL2的另一端和CL1另一端均接地，MN2的柵極接輸入電壓Vinp，MN2的源極與電流源I_ss2連接，MN3的柵極接輸入電壓Vinn，MN3的源極與電流源I_ss2連接，電流源I_ss2的另一端接地；MN2的漏極還與輸出端Voutn連接，MN3的漏極還與輸出端Voutp連接。

所述的幅度平方比較器包括NMOS管MN4、MN5、MN6、MN7和PMOS管MP4、MP5；MP4的源極和MP5的源極接VDD，MP4的柵極和MP5的柵極對接，MP4的漏極與電阻R4連接，MP5的漏極與電阻R5連接，電阻R4的另一端與電阻R5的另一端連接，電阻R4的另一端和電阻R5的另一端均與MP4和MP5的柵極公共連接點連接；MN4的柵極與第二低通比較器的正輸出端連接，MN5的柵極與第二低通比較器的負輸出端連接，MN4的漏極與MN5的漏極對接后與MP4的漏極連接，MN4的源極與MN5的源極對接后與電流源I_SS3連接；MN6的柵極與第一低通比較器的正輸出端連接，MN7的柵極與第一低通比較器的負輸出端連接，MN6的漏極與MN7的漏極對接后與MP5的漏極連接，MN6的源極與MN7的源極對接后與電流源I_SS3連接；電流源I_SS3的另一端接地；MN4和MN5的漏極公共連接點與電壓輸出端Voutn連接，MN6和MN7的漏極公共連接點與電壓輸出端Voutp連接。

所述的差分轉(zhuǎn)單端比較器包括NMOS管MN8、MN9、MN10、MN11和PMOS管MP6、MP7、MP8、MP9；MP6、MP7、MP8、MP9的源極均與VDD連接，MP6和MP7的柵極對接，MP6的漏極分別與電阻R6和MN8的漏極連接，MP7的漏極分別與電阻R7和MN9的漏極連接，電阻R6的另一端與電阻R7的另一端連接，電阻R6的另一端和電阻R7的另一端均與MP6和MP7的柵極公共連接點連接，MN8的柵極與幅度平方比較器的正輸出端連接，MN8的源極與電流源I_ss4連接，MN9的柵極與幅度平方比較器的負輸出端連接，MN9的源極與電流源I_ss4連接，電流源I_ss4的另一端接地；MN2的漏極還與MP8的柵極連接，MP7的漏極還與MP9的柵極連接，MP8的漏極與MN11的漏極連接，MN11的柵極與MN10的柵極連接，MN11與MN10的柵極公共連接點與MN11的漏極連接，MN11的源極與MN10的源極均接地，MN10的漏極分別與MP9的漏極和輸出端Vout連接。

本實用新型的有益效果是：本實用新型特別適用于視頻傳輸應(yīng)用中雙向傳輸中的幅度檢測情況，該電路采用通過電位平移電路把雙向通信的信號的DC工作點移到低通比較器的DC工作點，然后經(jīng)過低通比較器來衰減高速信號的幅度，保留低速信號的幅度，再用幅度平方比較器來比較低速信號幅度的平方和固定差值平方做比較，如果比設(shè)定的固定差值平方高則判定低速信號存在，比設(shè)定的固定差值平方低則判定低速信號不存在，從而完成檢測功能。

附圖說明

圖1為低速信號幅度檢測電路產(chǎn)生的原理圖；

圖2為本實用新型電路框圖；

圖3為電位平移電路的電路圖；

圖4為低通比較器電路圖；

圖5為幅度平方比較器電路圖；

圖6為差分轉(zhuǎn)單端比較器電路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進一步詳細描述本實用新型的技術(shù)方案：

如圖2所示，一種雙向傳輸?shù)牡退傩盘柗葯z測電路，它包括：

電位平移電路：用于接收輸入的差分信號，并將差分信號的DC工作點轉(zhuǎn)換到第一低通比較器的DC工作點，保持差分信號的小幅度衰減；

第一低通比較器：輸入端與電位平移電路連接，用于衰減雙向傳輸?shù)牟罘中盘柹系母咚俜至?，并保留低速信號的分量?/p>

第二低通比較器：與第一低通比較器結(jié)構(gòu)相同，輸入端接收外部參考信號，用于保持與輸入的差分信號一致的路徑；

幅度平方比較器：固定差值信號輸入端與第二低通比較器連接，幅度檢測信號輸入端與第一低通比較器連接，用于完成輸入信號的幅度平方與固定差值的平方比較：如果輸入信號的幅度平方比固定差值的平方大則輸出為高電平，如果輸入信號的幅度平方比固定差值的平方小則輸出為低電平；

差分轉(zhuǎn)單端比較器：輸入端與幅度平方比較器連接，用于將幅度平方比較器完成比較后輸出的低擺幅差分電壓轉(zhuǎn)換成單端滿擺幅信號，以供外部電路使用。檢測完成的信號直接輸入數(shù)字處理模塊，而數(shù)字處理模塊的電平識別要求為滿擺幅的CMOS電平。

如圖3所示，所述的電位平移電路包括NMOS管MN1，MN1的柵極分別與信號輸入Vin以及電容C1連接，MN1的漏極接VDD，MN1的源極接電阻R1，電阻R1的另一端分別與電容C1的另一端、輸出端Vout以及電流源I_SS1連接；MN1的襯底接地。電位平移電路屬于重復(fù)調(diào)用電路，在電位平移比較中調(diào)用兩次，即輸入VIN+調(diào)用一個電位平移電路而輸入VIN-調(diào)用另一個電位平移電路，形成了兩輸入和兩輸出。

圖3為電位平移電路框圖，通過對射隨結(jié)構(gòu)分析可以得到DC工作點和傳遞函數(shù)。

偏置在飽和區(qū)的MN1的電流滿足下面等式：

式中，Un為電子遷移率，Cox為柵氧化層電容，W為晶體管的溝道寬度，L為晶體管的溝道長度，Vthn為N型晶體管的閾值電壓，Vin為輸入電壓，Vout為輸出電壓，R為電阻值。

由(1)可以推出輸入和輸出DC工作電壓關(guān)系：

由(2)可知Iss、R、W、L決定輸出的DC工作點。

傳遞函數(shù)可以通過小信號分析，根據(jù)等效得到以下等式：

Vbs＝O-(Vin-Vgs)＝Vgs-Vin (3)

式中，Vbs為晶體管的源襯電壓，Vgs為晶體管的柵源電壓，Cgs為晶體管的柵源電容，S為角頻率，gm為晶體管的跨導(dǎo)，ro為晶體管的輸出電阻，gmb為晶體管襯底的跨導(dǎo)，C為電容值。ro1為晶體管MN1的輸出電阻，ro2為電流源的ISS1的輸出電阻。

通過對三個等式求解，因為Cgs＜＜C，ro1和ro2很大，得到增益Av：

由(6)可知零點在極點之前，傳遞函數(shù)是高通特性，且ω＞＞1/(R*C)時增益Av≈1，讓幅度近無衰減的進入低通比較器。

公式中電容阻抗是隨頻率變化的量，用復(fù)數(shù)S＝j(luò)*ω，虛部的ω來表述交流特性，即角速度和頻率轉(zhuǎn)換公式，ω越大，即頻率越高。交流的歐姆定律中，電容阻抗為電感阻抗為L*S。

如圖4所示，所述的第一低通比較器和第二低通比較器均包括NMOS管MN2、MN3和PMOS管MP2和MP3；MP2和MP3的源極接VDD，MP2和MP3的柵極對接，MP2的漏極分別與電阻R2、負載電容CL1和MN2的漏極連接，MP3的漏極分別與電阻R3、負載電容CL2和MN3的漏極連接，電阻R2的另一端與電阻R3的另一端連接，電阻R2的另一端和電阻R3的另一端均與MP2和MP3的柵極公共連接點連接，負載電容CL2的另一端和CL1另一端均接地，MN2的柵極接輸入電壓Vinp，MN2的源極與電流源I_ss2連接，MN3的柵極接輸入電壓Vinn，MN3的源極與電流源I_ss2連接，電流源I_ss2的另一端接地；MN2的漏極還與輸出端Voutn連接，MN3的漏極還與輸出端Voutp連接。

低通比較器的是把雙向傳輸信號上的高速信號衰減，低速信號的幅度保留，所以衰減帶選擇在兩個速率之間。

低通比較器的傳遞函數(shù)用半邊等效求出增益：

傳遞函數(shù)顯示為低通特性，在ω＞＞(1+gm3*R)/(R*CL)，高速信號被衰減，同時低速信號也有g(shù)m1*R/(1+gm3*R)的衰減。其中，gm1為MN2晶體管的跨導(dǎo)，gm3為MP2晶體管的跨導(dǎo)。

為了保持與輸入信號一致的路徑，在固定差值信號端也同樣經(jīng)過一樣的低通比較器，匹配衰減值。

如圖5所示，所述的幅度平方比較器包括NMOS管MN4、MN5、MN6、MN7和PMOS管MP4、MP5；MP4的源極和MP5的源極接VDD，MP4的柵極和MP5的柵極對接，MP4的漏極與電阻R4連接，MP5的漏極與電阻R5連接，電阻R4的另一端與電阻R5的另一端連接，電阻R4的另一端和電阻R5的另一端均與MP4和MP5的柵極公共連接點連接；MN4的柵極與第二低通比較器的正輸出端連接，MN5的柵極與第二低通比較器的負輸出端連接，MN4的漏極與MN5的漏極對接后與MP4的漏極連接，MN4的源極與MN5的源極對接后與電流源I_SS3連接；MN6的柵極與第一低通比較器的正輸出端連接，MN7的柵極與第一低通比較器的負輸出端連接，MN6的漏極與MN7的漏極對接后與MP5的漏極連接，MN6的源極與MN7的源極對接后與電流源I_SS3連接；電流源I_SS3的另一端接地；MN4和MN5的漏極公共連接點與電壓輸出端Voutn連接，MN6和MN7的漏極公共連接點與電壓輸出端Voutp連接。

在MN4、MN5、MN6和MN7都工作在Vcm的DC工作點(Vcm為輸入共模電壓)，即Vref＝0，Vin＝0的時候，流過MN4、MN5、MN6、M7的電流為：

式中，Vds為晶體管的漏源電壓。

可以看出電流源的電流均勻的流過4個NMOS管，MN4和MN5這條支路的電流為Iss/2，MN6和MN7這條支路的電流同樣也為Iss/2，兩邊的電路完全對稱，得到輸出的差分電壓關(guān)系：

可以看出差分電壓Voutp-Voutn＝0，即兩邊輸入相等。式中，Vthp為P型晶體管的閾值電壓，Up為空穴遷移率。

在MN4和MN5有固定電壓差ΔV，而MN3和MN4仍在Vcm，即Vref＝ΔV，Vin＝0。令MN4的電壓為Vcm+ΔV/2，MN5的電壓為Vcm-ΔV/2，流過MN4和MN5的電流發(fā)生了變化：

由(10)和(11)的平方式分解并相加，結(jié)合(8)，則：

以上等式看出MN4和MN5的支路需要的電流增加了，因為總的電流Iss一定，MN6和MN7支路的電流會減少來彌補MN4和MN5增加的電流，而電流從電阻流過，從而讓輸出的電壓發(fā)生變化：

輸出的差分電壓為：

在MN4和MN5有固定電壓差Vre，而MN6和MN7有壓差Vin，輸出的差分電壓為：

如圖6所示，所述的差分轉(zhuǎn)單端比較器包括NMOS管MN8、MN9、MN10、MN11和PMOS管MP6、MP7、MP8、MP9；MP6、MP7、MP8、MP9的源極均與VDD連接，MP6和MP7的柵極對接，MP6的漏極分別與電阻R6和MN8的漏極連接，MP7的漏極分別與電阻R7和MN9的漏極連接，電阻R6的另一端與電阻R7的另一端連接，電阻R6的另一端和電阻R7的另一端均與MP6和MP7的柵極公共連接點連接，MN8的柵極與幅度平方比較器的正輸出端連接，MN8的源極與電流源I_ss4連接，MN9的柵極與幅度平方比較器的負輸出端連接，MN9的源極與電流源I_ss4連接，電流源I_ss4的另一端接地；MN2的漏極還與MP8的柵極連接，MP7的漏極還與MP9的柵極連接，MP8的漏極與MN11的漏極連接，MN11的柵極與MN10的柵極連接，MN11與MN10的柵極公共連接點與MN11的漏極連接，MN11的源極與MN10的源極均接地，MN10的漏極分別與MP9的漏極和輸出端Vout連接。

在完成比較后，輸出的差分電壓為低擺幅信號需要轉(zhuǎn)換成單端滿擺幅信號以供內(nèi)部處理電路使用，圖6顯示的為一般差分轉(zhuǎn)單端比較器結(jié)構(gòu)。

當Vinp＞Vinn時，MN8的電流有大于MN9電流的趨勢，MP8的電壓降低，MP9的電壓升高，MN11的電壓持續(xù)升高，MN10鏡像MN11的電流，在輸出端NM10需要更大的電流而MP9提供不了，MN10就會進入線性區(qū)，輸出Vout為地電壓；同理當Vinp＜Vinn時，MN9的電流有大于MN8電流的趨勢，MP9的電壓降低，MP8的電壓升高，MN11的電壓持續(xù)降低，MN10鏡像MN11的電流，在輸出端MP9提供比MN10需求更多的電流，MP9就會進入線性區(qū)，輸出為高電壓。